(57)【要約】  【課題】  電荷保持能力に優れたエレクトレット構造を提供する。  【解決手段】  絶縁膜３の上に、エレクトレットとなるシリコン酸化膜１がパターニング形成されている。シリコン酸化膜１を覆うように絶縁膜２が形成されている。シリコン酸化膜１の上端部が丸く形成されていると共に、絶縁膜２におけるシリコン酸化膜１の上端部を覆う部分も丸く形成されている。【選択図】      図４
2006245398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上にパターニング形成され且つ電荷を蓄えているシリコン酸化膜と、
前記シリコン酸化膜を覆うように形成された第２の絶縁膜とを備え、
前記シリコン酸化膜の上端部は丸く形成されていることを特徴とするエレクトレット構造。
【請求項２】
第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上にパターニング形成され且つ電荷を蓄えているシリコン酸化膜と、
前記シリコン酸化膜を覆うように形成された第２の絶縁膜とを備え、
前記第２の絶縁膜における前記シリコン酸化膜の上端部を覆う部分は丸く形成されていることを特徴とするエレクトレット構造。
【請求項３】
請求項２に記載のエレクトレット構造において、
前記シリコン酸化膜の前記上端部は丸く形成されていることを特徴とするエレクトレット構造。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のエレクトレット構造において、
前記第２の絶縁膜における前記シリコン酸化膜の側面を覆う部分の膜厚は、前記第２の絶縁膜における前記シリコン酸化膜の上面を覆う部分の膜厚と比べて大きいことを特徴とするエレクトレット構造。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のエレクトレット構造において、
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜は減圧ＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜であることを特徴とするエレクトレット構造。
【請求項６】
第１の絶縁膜上に第１のシリコン酸化膜をパターニング形成する工程（ａ）と、
前記第１のシリコン酸化膜を覆うように第２のシリコン酸化膜を形成する工程（ｂ）と、
前記第２のシリコン酸化膜の全面に対してドライエッチングを行なうことにより、前記第１のシリコン酸化膜の側面に前記第２のシリコン酸化膜からなるサイドウォールを形成する工程（ｃ）と、
前記第１のシリコン酸化膜及び前記サイドウォールを覆うように第２の絶縁膜を形成する工程（ｄ）とを備えていることを特徴とするエレクトレット構造の形成方法。
【請求項７】
第１の絶縁膜上にシリコン酸化膜を形成する工程（ａ）と、
前記シリコン酸化膜における所定の領域を覆うマスクパターンを形成する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）の後に、前記マスクパターンを用いたウェットエッチングにより、前記シリコン酸化膜の上部を選択的に除去する工程（ｃ）と、
前記工程（ｃ）の後に、前記マスクパターンを用いたドライエッチングにより、前記シリコン酸化膜をパターンニングする工程（ｄ）と、
前記工程（ｄ）の後に、パターンニングされた前記シリコン酸化膜を覆うように第２の絶縁膜を形成する工程（ｅ）とを備えていることを特徴とするエレクトレット構造の形成方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のエレクトレット構造の形成方法において、
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜はシリコン窒化膜であることを特徴とするエレクトレット構造の形成方法。
【請求項９】
第１の絶縁膜上にシリコン酸化膜をパターニング形成する工程（ａ）と、
前記シリコン酸化膜を覆うように第２の絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、
前記第２の絶縁膜を覆うように第３の絶縁膜を形成する工程（ｃ）と、
前記第３の絶縁膜の全面に対してドライエッチングを行なうことにより、前記第２の絶縁膜の側面に前記第３の絶縁膜からなるサイドウォールを形成する工程（ｄ）とを備えていることを特徴とするエレクトレット構造の形成方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のエレクトレット構造の形成方法において、
前記第１の絶縁膜、前記第２の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜はシリコン窒化膜であることを特徴とするエレクトレット構造の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動膜を用いたエレクトレットコンデンサーにおけるエレクトレット構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンデンサーマイクロフォンなどの素子に応用される、永久的電気分極を有する誘電体であるエレクトレット素子として、ＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレン共重合体）又はポリテトラフルオロエチレンなどの有機系の高分子重合体が使用されていた。しかし、これらの材料を用いたエレクトレット素子は耐熱性に劣るため、基板実装されるリフロー用素子としての使用が困難であるという問題があった。
【０００３】
近年、微細加工技術を利用してエレクトレットの薄膜化又は小型化を達成するために、有機系の高分子重合体に代えて、特許文献１に示すようなシリコン酸化膜を用いたエレクトレットが提案されている。
【０００４】
具体的には、特許文献１においては、基材表面にシリコン酸化膜を成膜した後、成膜雰囲気から大気開放することなく、水分を含まず且つ酸素を含有するガス雰囲気において当該シリコン酸化膜に対して２００℃〜４００℃で熱処理を行ない、その後、当該シリコン酸化膜に帯電処理を行なうことによりエレクトレットを形成することが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３３２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、エレクトレットには、液体に触れると電荷が抜けるという欠点がある。例えば、エレクトレット化したＦＥＰをエタノールに浸すと、ＦＥＰに蓄積されていた電荷は０にはならないものの、大幅に減少する。本願発明者らの実験によれば、帯電量を示す表面電位が３００ＶのＦＥＰ（具体的にはステンレス基板上に厚さ１２．５μｍで形成されたＦＥＰ）をエタノールに浸すと、表面電位は数Ｖ程度まで低下した。尚、この現象は、エタノールだけではなく他の有機溶剤や水にエレクトレットを浸した場合にも同様に発生する現象である。また、材料的にもＦＥＰ特有の現象ではなく、シリコン酸化膜等のエレクトレット材料全般に発生する現象である。
【０００６】
前記に鑑み、本発明は、電荷保持能力に優れたエレクトレット構造を提供することを目的とする。また、永久電荷を持つエレクトレットから構成されたエレクトレットコンデンサーをＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により製作することによって、チャージ供給回路が不要な小型のＥＣＭ（エレクトレットコンデンサーマイクロフォン）を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明に係る第１のエレクトレット構造は、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上にパターニング形成され且つ電荷を蓄えているシリコン酸化膜と、前記シリコン酸化膜を覆うように形成された第２の絶縁膜とを備え、前記シリコン酸化膜の上端部は丸く形成されている。
【０００８】
本発明に係る第２のエレクトレット構造は、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上にパターニング形成され且つ電荷を蓄えているシリコン酸化膜と、前記シリコン酸化膜を覆うように形成された第２の絶縁膜とを備え、前記第２の絶縁膜における前記シリコン酸化膜の上端部を覆う部分は丸く形成されている。
【０００９】
本発明の第２のエレクトレット構造において、前記シリコン酸化膜の前記上端部は丸く形成されていることが好ましい。
【００１０】
本発明の第１又は第２のエレクトレット構造において、前記第２の絶縁膜における前記シリコン酸化膜の側面を覆う部分の膜厚は、前記第２の絶縁膜における前記シリコン酸化膜の上面を覆う部分の膜厚と比べて大きいことが好ましい。
【００１１】
本発明の第１又は第２のエレクトレット構造において、前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜は減圧ＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜であることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る第１のエレクトレット構造の形成方法は、第１の絶縁膜上に第１のシリコン酸化膜をパターニング形成する工程（ａ）と、前記第１のシリコン酸化膜を覆うように第２のシリコン酸化膜を形成する工程（ｂ）と、前記第２のシリコン酸化膜の全面に対してドライエッチングを行なうことにより、前記第１のシリコン酸化膜の側面に前記第２のシリコン酸化膜からなるサイドウォールを形成する工程（ｃ）と、前記第１のシリコン酸化膜及び前記サイドウォールを覆うように第２の絶縁膜を形成する工程（ｄ）とを備えている。
【００１３】
本発明に係る第２のエレクトレット構造の形成方法は、第１の絶縁膜上にシリコン酸化膜を形成する工程（ａ）と、前記シリコン酸化膜における所定の領域を覆うマスクパターンを形成する工程（ｂ）と、前記工程（ｂ）の後に、前記マスクパターンを用いたウェットエッチングにより、前記シリコン酸化膜の上部を選択的に除去する工程（ｃ）と、前記工程（ｃ）の後に、前記マスクパターンを用いたドライエッチングにより、前記シリコン酸化膜をパターンニングする工程（ｄ）と、前記工程（ｄ）の後に、パターンニングされた前記シリコン酸化膜を覆うように第２の絶縁膜を形成する工程（ｅ）とを備えている。
【００１４】
本発明の第１又は第２のエレクトレット構造の形成方法において、前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜はシリコン窒化膜であることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る第３のエレクトレット構造の形成方法は、第１の絶縁膜上にシリコン酸化膜をパターニング形成する工程（ａ）と、前記シリコン酸化膜を覆うように第２の絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、前記第２の絶縁膜を覆うように第３の絶縁膜を形成する工程（ｃ）と、前記第３の絶縁膜の全面に対してドライエッチングを行なうことにより、前記第２の絶縁膜の側面に前記第３の絶縁膜からなるサイドウォールを形成する工程（ｄ）とを備えている。
【００１６】
本発明の第３のエレクトレット構造の形成方法において、前記第１の絶縁膜、前記第２の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜はシリコン窒化膜であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、エレクトレットとなるシリコン酸化膜を絶縁膜によって覆うため、エレクトレットの耐湿性を高くすることができ、それによってエレクトレットの電荷保持能力を向上させることができる。また、当該シリコン酸化膜又はそれを覆う絶縁膜の上端部の形状を丸くしているので、エレクトレット化工程で当該上端部における電界集中に起因する放電を緩和できると共に当該絶縁膜のステップカバレッジ及び膜質安定性を改善することができる。従って、エレクトレットの耐湿性ひいては電荷保持能力をさらに向上させることができるので、信頼性の高い小型且つ高性能なエレクトレットコンデンサーを実現することができると共に当該エレクトレットコンデンサーを搭載したマイクをはじめとする各種応用装置を広く社会に供給することが可能となる。特に、当該エレクトレットコンデンサーを用いたＥＣＭの経時的信頼性を向上させることが可能となる。
【００１８】
さらに、本発明のエレクトレットから構成されたエレクトレットコンデンサーをＭＥＭＳ技術により製作することによって、チャージ供給回路が不要で且つ小型のＥＣＭを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
まず、最初に、後述する本発明の各実施形態に係るエレクトレット構造を有するエレクトレットコンデンサーマイクロフォン（ＥＣＭ）について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の各実施形態のエレクトレット構造を有するＥＣＭの構成図であり、図１（ａ）は当該ＥＣＭの平面図であり、図１（ｂ）は当該ＥＣＭの断面図である。
【００２１】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＥＣＭは、プリント基板２０上にマイク部１７、コンデンサーなどのＳＭＤ（表面実装部品）１８及びＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）部１９が搭載されることによって構成されている。また、図１（ａ）においては図示を省略しているが、図１（ｂ）に示すように、マイク部１７、ＳＭＤ１８及びＦＥＴ部１９が搭載されたプリント基板２０はケース２１によって保護されている。
【００２２】
図２は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すＥＣＭの回路ブロック図である。
【００２３】
図２に示すように、ＥＣＭの内部回路２２は、エレクトレットコンデンサーからなるマイク部１７、ＳＭＤ１８及びＦＥＴ部１９から構成されている。また、内部回路２２の出力端子２３及び出力端子２４から外部端子２５及び外部端子２６へ信号が出力される。実動作時には、外部端子２５と抵抗を介して接続されている端子２７から例えば２Ｖ程度の電圧を持つ信号が入力されると、外部端子２５とコンデンサーを介して接続されている端子２８に例えば数十ｍＶの交流電圧を持つ信号が出力される。尚、外部端子２６及びそれと接続された端子２９のそれぞれは、ＥＣＭ内部回路２２中のＧＮＤ端子である出力端子２４に接続されている。
【００２４】
次に、ＥＣＭの動作原理を図３並びに図１及び図２を用いて説明する。ここで、図３は、マイク部１７となるエレクトレットコンデンサー、つまり後述する本発明の各実施形態のエレクトレット構造を用いたエレクトレットコンデンサーの断面図である。
【００２５】
図３に示すように、空洞を有する半導体基板４上には、当該空洞を覆うように導電膜１０が形成されている。導電膜１０は、図２に示すＦＥＴ１９のゲートに電気的に接続されている。導電膜１０上には、上面及び側面を絶縁膜２によって覆われ且つ下面を絶縁膜３によって覆われたシリコン酸化膜１が設けられている。シリコン酸化膜１は、電荷を蓄えたエレクトレットとなる。絶縁膜２及び３としては、例えばＨＦ系溶液に対して耐エッチング性を持ち且つ耐湿性を有するシリコン窒化膜が用いられる。導電膜１０、シリコン酸化膜１並びに絶縁膜２及び３は振動膜１１を構成する。
【００２６】
また、半導体基板４の上方には、振動膜１１との間にエアギャップが介在するように絶縁膜５によって支持された導電膜８が設けられている。導電膜８は固定膜となると共に音孔９を有する。導電膜８としては、例えばＨＦ系溶液に対して耐エッチング性を持つ低抵抗のポリシリコン膜が用いられる。導電膜８は、図２に示すＧＮＤ端子である端子２９に電気的に接続される。
【００２７】
図３に示すエレクトレットコンデンサーにおいては、半導体基板４の上方から音圧を受けると、つまり導電膜８の音孔９を通じて音圧を受けると、当該音圧の大きさに応じて振動膜１１が機械的に振動する。図３に示すエレクトレットコンデンサーは、導電膜８及び導電膜１０をそれぞれ電極とする平行平板型のコンデンサ構造を有しており、振動膜１１が振動すると、電極間距離が変化し、それによりコンデンサーの容量（Ｃ）が変化する。ここで、コンデンサーに蓄えられる電荷量（Ｑ）は一定であるため、容量（Ｃ）が変化すると、導電膜８と導電膜１０との間の電圧（Ｖ）に変化が生じる。その理由は、物理的に、下記（式１）
Ｑ＝Ｃ・Ｖ  ・・・  （式１）
で表される条件が満たされる必要があるためである。
【００２８】
また、導電膜１０はＦＥＴ１９のゲートと電気的に接続しているので、導電膜１０つまり振動膜１１が振動すると、ＦＥＴ１９のゲート電位も変化する。そして、ＦＥＴ１９のゲートの電位変化は端子２８に電圧変化として出力されることになる。
【００２９】
図３に示すエレクトレットコンデンサーの容量、つまり図１（ａ）及び（ｂ）並びに図２に示すＥＣＭにおけるコンデンサー構造の容量は、振動膜１１の振動により変化する容量成分と、振動膜１１の振動により変化しない容量成分とによって決定される。従って、当該変化しない容量成分が外部環境によって変化すると、ＥＣＭの性能が大きく劣化してしまうことになる。
【００３０】
特に、後述する本発明の各実施形態のエレクトレット構造に用いられているシリコン酸化膜１は、大気中の水分の吸着等が顕著な材料であるため、エレクトレット化しているシリコン酸化膜１が大気中に露出していることは、ＥＣＭの経時的信頼性を低下させてしまう。
【００３１】
それに対して、以下に説明する本発明の各実施形態のエレクトレット構造によると、エレクトレット化しているシリコン酸化膜１の電荷保持特性を向上させることができるので、ＥＣＭの経時的信頼性を向上させることが可能になる。また、当該エレクトレット構造を用いた、永久電荷を持つエレクトレットから構成されたエレクトレットコンデンサーをＭＥＭＳ技術により製作することにより、チャージ供給回路が不要で小型且つ高性能なＥＣＭを実現することが可能になる。
【００３２】
尚、図３に示すエレクトレットコンデンサーでは、エレクトレットとなるシリコン酸化膜１を振動膜１１側に設けているが、これに代えて、当該シリコン酸化膜１を固定膜（導電膜８）側に設けた場合にも、後述する本発明の各実施形態のエレクトレット構造を採用することができることは言うまでもない。
【００３３】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るエレクトレット構造について図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図４は、第１の実施形態に係るエレクトレット構造の断面図である。尚、図４において、図３に示すエレクトレットコンデンサーの構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付す。
【００３５】
図４に示すように、絶縁膜３の上に、エレクトレットとなる（電荷を蓄えている）シリコン酸化膜１がパターニング形成されている。また、シリコン酸化膜１の上面及び側面を覆うように絶縁膜２が形成されている。尚、絶縁膜２としては、例えば緻密な膜質を持つシリコン窒化膜を用いる。同様に、シリコン酸化膜１の下面を覆う絶縁膜３としても、例えばシリコン窒化膜を用いる。シリコン酸化膜１は、絶縁膜２及び３によって完全に覆われている。
【００３６】
本実施形態の特徴は、シリコン酸化膜１の上面の端部（以下、上端部と称する）が丸く形成されていること、及び絶縁膜２におけるシリコン酸化膜１の上端部を覆う部分も丸く形成されていることである。
【００３７】
第１の実施形態によると、エレクトレットとなるシリコン酸化膜１を絶縁膜２及び３によって覆うため、エレクトレットの耐湿性を高くすることができ、それによってエレクトレットの電荷保持能力を向上させることができる。また、当該シリコン酸化膜１及びそれを覆う絶縁膜２のそれぞれの上端部の形状を丸くしているので、言い換えると、シリコン酸化膜１及び絶縁膜２のそれぞれを尖った角部のない形状にしているので、当該上端部における電界集中に起因する放電を緩和できると共に絶縁膜２のステップカバレッジ及び膜質安定性を改善することができる。従って、エレクトレットの耐湿性ひいては電荷保持能力をさらに向上させることができるので、信頼性の高い小型且つ高性能なエレクトレットコンデンサーを実現することができると共に当該エレクトレットコンデンサーを搭載したマイクをはじめとする各種応用装置を広く社会に供給することが可能となる。特に、当該エレクトレットコンデンサーを用いたＥＣＭの経時的信頼性を向上させることが可能となる。
【００３８】
さらに、本実施形態のエレクトレット構造を用いたエレクトレットコンデンサーをＭＥＭＳ技術により製作することによって、チャージ供給回路が不要で且つ小型のＥＣＭを提供することができる。
【００３９】
尚、本実施形態において、絶縁膜２及び３として、例えば減圧ＣＶＤ（chemical vapor deposition ）法により形成されたシリコン窒化膜を用いることが好ましい。このようにすると、エレクトレットの耐湿性を確実に高くすることができる。
【００４０】
また、本実施形態において、絶縁膜２及び３によって覆われたシリコン酸化膜１に音孔やリークホールなどの貫通孔を形成する場合には、当該貫通孔の垂直面形状及び水平面形状についても、尖った角部のない丸い形状にすることが望ましい。このようにすると、エレクトレット化工程で貫通孔の上端部における電界集中に起因する放電を緩和できる。
【００４１】
図５（ａ）及び（ｂ）は、図４に示すエレクトレット構造に貫通孔を形成した場合における当該エレクトレット構造の垂直面形状及び水平面形状をそれぞれ示す図である。具体的には、図５（ａ）は図４に示すエレクトレット構造の断面図と対応しており、貫通孔を含むエレクトレット構造の垂直面形状を示している。また、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図であり、貫通孔を含むエレクトレット構造の水平面形状を示している。尚、図５（ａ）は図５（ｂ）におけるＢ−Ｂ’線の断面図でもある。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、絶縁膜２及び３によって覆われたシリコン酸化膜１には貫通孔１２が形成されている。ここで、シリコン酸化膜１は、貫通孔１２の壁面となる部分も含めて絶縁膜２及び３によって完全に覆われている。また、シリコン酸化膜１の上端部及び貫通孔形成領域の各角部３６は垂直面形状についても水平面形状についても丸く形成されている。すなわち、貫通孔１２は、尖った角部のない丸い垂直面形状及び水平面形状を有している。図５（ａ）及び（ｂ）に示すようなエレクトレット構造によって、エレクトレットの電荷保持能力をさらに向上させることができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係るエレクトレット構造の形成方法について図面を参照しながら説明する。
【００４３】
図６（ａ）〜（ｅ）は、第２の実施形態に係るエレクトレット構造の形成方法の各工程を示す断面図である。尚、第２の実施形態に係るエレクトレット構造の形成方法は、第１の実施形態に係るエレクトレット構造を形成するための方法の一例である。また、図６（ａ）〜（ｅ）において、図３に示すエレクトレットコンデンサーの構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付す。
【００４４】
まず、図６（ａ）に示すように、半導体基板４上に例えばＣＶＤ法によりシリコン窒化膜からなる絶縁膜３を形成する。続いて、図６（ｂ）に示すように、絶縁膜３の上に例えばＣＶＤ法によりシリコン酸化膜１を形成した後、シリコン酸化膜１を所定の形状にパターニングする。
【００４５】
その後、図６（ｃ）に示すように、パターニングされたシリコン酸化膜１を覆うようにシリコン酸化膜３１を形成する。続いて、半導体基板４上においてシリコン酸化膜３１の全面に対してドライエッチングを行なうことにより、図６（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜１の側面にシリコン酸化膜３１からなるサイドウォール３１Ａを形成する。これによって、サイドウォール３１Ａを含めたシリコン酸化膜１の上端部を丸くすることができる。
【００４６】
次に、図６（ｅ）に示すように、シリコン酸化膜１及びサイドウォール３１Ａを完全に覆うように例えばＣＶＤ法によりシリコン窒化膜からなる絶縁膜２を形成する。その後、例えばプラズマ放電又はコロナ放電によりシリコン酸化膜１を帯電させてエレクトレットを形成する。
【００４７】
第２の実施形態によると、シリコン酸化膜１の上端部を尖った角部のない丸い形状にしているので、当該上端部における電界集中に起因する放電を緩和できると共にシリコン酸化膜１を覆う絶縁膜２のステップカバレッジ及び膜質安定性を改善することができる。従って、耐湿性に優れ且つ電荷保持特性に優れたエレクトレットを形成することができる。
【００４８】
尚、本実施形態において、絶縁膜２及び３の形成方法としては、例えば減圧ＣＶＤ法を用いることが好ましい。このようにすると、エレクトレットの耐湿性を確実に高くすることができる。
【００４９】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係るエレクトレット構造の形成方法について図面を参照しながら説明する。
【００５０】
図７（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施形態に係るエレクトレット構造の形成方法の各工程を示す断面図である。尚、第３の実施形態に係るエレクトレット構造の形成方法は、第１の実施形態に係るエレクトレット構造を形成するための方法の他例である。また、図７（ａ）〜（ｄ）において、図３に示すエレクトレットコンデンサーの構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付す。
【００５１】
まず、図７（ａ）に示すように、半導体基板４上に例えばＣＶＤ法によりシリコン窒化膜からなる絶縁膜３を形成する。続いて、絶縁膜３の上に例えばＣＶＤ法によりシリコン酸化膜１を形成した後、シリコン酸化膜１における所定の領域を覆うレジスト膜３４を形成する。
【００５２】
その後、図７（ｂ）に示すように、レジスト膜３４をマスクとしてウェットエッチングにより、シリコン酸化膜１の上部を選択的に除去する。続いて、図７（ｃ）に示すように、レジスト膜３４をマスクとしてドライエッチングにより、シリコン酸化膜１をパターンニングした後、レジスト膜３４を除去する。これにより、シリコン酸化膜１の上端部の尖った角を除去することができる。
【００５３】
次に、図７（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜１を完全に覆うように例えばＣＶＤ法によりシリコン窒化膜からなる絶縁膜２を形成する。その後、例えばプラズマ放電又はコロナ放電によりシリコン酸化膜１を帯電させてエレクトレットを形成する。
【００５４】
第３の実施形態によると、シリコン酸化膜１の上端部の尖った角を除去しているので、エレクトレット化工程で当該上端部における電界集中に起因する放電を緩和できると共にシリコン酸化膜１を覆う絶縁膜２のステップカバレッジ及び膜質安定性を改善することができる。従って、耐湿性に優れ且つ電荷保持特性に優れたエレクトレットを形成することができる。
【００５５】
尚、本実施形態において、絶縁膜２及び３の形成方法としては、例えば減圧ＣＶＤ法を用いることが好ましい。このようにすると、エレクトレットの耐湿性を確実に高くすることができる。
【００５６】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係るエレクトレット構造について図面を参照しながら説明する。
【００５７】
図８は、第４の実施形態に係るエレクトレット構造の断面図である。尚、図８において、図３に示すエレクトレットコンデンサーの構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付す。
【００５８】
図８に示すように、絶縁膜３の上に、エレクトレットとなる（電荷を蓄えている）シリコン酸化膜１がパターニング形成されている。また、シリコン酸化膜１の上面及び側面を覆うように絶縁膜２が形成されている。尚、絶縁膜２としては、例えば緻密な膜質を持つシリコン窒化膜を用いる。同様に、シリコン酸化膜１の下面を覆う絶縁膜３としても、例えばシリコン窒化膜を用いる。シリコン酸化膜１は、絶縁膜２及び３によって完全に覆われている。
【００５９】
本実施形態の特徴は、絶縁膜２の側面に例えばシリコン窒化膜からなるサイドウォール３５Ａが形成されていることである。尚、サイドウォール３５Ａを含めた絶縁膜２におけるシリコン酸化膜１の上端部の近傍領域は、サイドウォール３５Ａを形成するためのエッチングにより、尖った角のない丸い形状になっている。また、サイドウォール３５Ａを含めた絶縁膜２におけるシリコン酸化膜１の側面を覆う部分の膜厚は、絶縁膜２におけるシリコン酸化膜１の上面を覆う部分の膜厚と比べて大きくなっている。
【００６０】
第４の実施形態によると、エレクトレットとなるシリコン酸化膜１を絶縁膜２及び３によって覆うため、エレクトレットの耐湿性を高くすることができ、それによってエレクトレットの電荷保持能力を向上させることができる。また、シリコン酸化膜１を覆う絶縁膜２（サイドウォール３５Ａを含む）の上端部の形状を丸くしているので、言い換えると、当該絶縁膜２を尖った角部のない形状にしているので、当該上端部における電界集中に起因する放電を緩和できると共に絶縁膜２のステップカバレッジ及び膜質安定性を改善することができる。従って、エレクトレットの耐湿性ひいては電荷保持能力をさらに向上させることができるので、信頼性の高い小型且つ高性能なエレクトレットコンデンサーを実現することができると共に当該エレクトレットコンデンサーを搭載したマイクをはじめとする各種応用装置を広く社会に供給することが可能となる。特に、当該エレクトレットコンデンサーを用いたＥＣＭの経時的信頼性を向上させることが可能となる。
【００６１】
さらに、本実施形態のエレクトレット構造を用いたエレクトレットコンデンサーをＭＥＭＳ技術により製作することによって、チャージ供給回路が不要で且つ小型のＥＣＭを提供することができる。
【００６２】
尚、本実施形態において、絶縁膜２及び３として、例えば減圧ＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜を用いることが好ましい。このようにすると、エレクトレットの耐湿性を確実に高くすることができる。
【００６３】
また、本実施形態において、絶縁膜２及び３によって覆われたシリコン酸化膜１に音孔やリークホールなどの貫通孔を形成する場合には、当該貫通孔の垂直面形状及び水平面形状についても、尖った角部のない丸い形状にすることが望ましい。このようにすると、エレクトレット化工程で貫通孔の上端部における電界集中に起因する放電を緩和できる。
【００６４】
図５（ａ）及び（ｂ）は、図８に示すエレクトレット構造に貫通孔を形成した場合における当該エレクトレット構造の垂直面形状及び水平面形状をそれぞれ示す図である（但しサイドウォール３５Ａの図示を省略している）。具体的には、図５（ａ）は図８に示すエレクトレット構造の断面図と対応しており、貫通孔を含むエレクトレット構造の垂直面形状を示している。また、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図であり、貫通孔を含むエレクトレット構造の水平面形状を示している。尚、図５（ａ）は図５（ｂ）におけるＢ−Ｂ’線の断面図でもある。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、絶縁膜２及び３によって覆われたシリコン酸化膜１には貫通孔１２が形成されている。ここで、シリコン酸化膜１は、貫通孔１２の壁面となる部分も含めて絶縁膜２及び３によって完全に覆われている。また、シリコン酸化膜１の上端部及び貫通孔形成領域の各角部３６は垂直面形状についても水平面形状についても丸く形成されている。すなわち、貫通孔１２は、尖った角部のない丸い垂直面形状及び水平面形状を有している。図５（ａ）及び（ｂ）に示すようなエレクトレット構造によって、エレクトレットの電荷保持能力をさらに向上させることができる。
【００６５】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態に係るエレクトレット構造の形成方法について図面を参照しながら説明する。
【００６６】
図９（ａ）〜（ｄ）は、第５の実施形態に係るエレクトレット構造の形成方法の各工程を示す断面図である。尚、第５の実施形態に係るエレクトレット構造の形成方法は、第４の実施形態に係るエレクトレット構造を形成するための方法の一例である。また、図９（ａ）〜（ｄ）において、図３に示すエレクトレットコンデンサーの構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付す。
【００６７】
まず、図９（ａ）に示すように、半導体基板４上に例えばＣＶＤ法によりシリコン窒化膜からなる絶縁膜３を形成する。続いて、絶縁膜３の上に例えばＣＶＤ法によりシリコン酸化膜１を形成した後、シリコン酸化膜１を所定の形状にパターニングする。
【００６８】
その後、図９（ｂ）に示すように、パターニングされたシリコン酸化膜１を覆うように例えばＣＶＤ法によりシリコン窒化膜からなる絶縁膜２を形成する。続いて、図９（ｃ）に示すように、絶縁膜２の上に例えばＣＶＤ法によりシリコン窒化膜からなる絶縁膜３５を形成する。
【００６９】
次に、絶縁膜３５の全面に対してドライエッチングを行なうことにより、図９（ｄ）に示すように、絶縁膜２の側面に絶縁膜３５からなるサイドウォール３５Ａを形成する。これにより、サイドウォール３５Ａを含めた絶縁膜２におけるシリコン酸化膜１の上端部の近傍領域は、尖った角のない丸い形状になっている。また、サイドウォール３５Ａを含めた絶縁膜２におけるシリコン酸化膜１の側面を覆う部分の膜厚は、絶縁膜２におけるシリコン酸化膜１の上面を覆う部分の膜厚と比べて大きくなっている。
【００７０】
その後、例えばプラズマ放電又はコロナ放電によりシリコン酸化膜１を帯電させてエレクトレットを形成する。
【００７１】
第５の実施形態によると、シリコン酸化膜１を覆う絶縁膜２（サイドウォール３５Ａを含む）の上端部を、尖った角部のない丸い形状にしているので、エレクトレット化工程で当該上端部における電界集中に起因する放電を緩和できると共に絶縁膜２のステップカバレッジ及び膜質安定性を改善することができる。従って、耐湿性に優れ且つ電荷保持特性に優れたエレクトレットを形成することができる。
【００７２】
尚、本実施形態において、絶縁膜２及び３の形成方法としては、例えば減圧ＣＶＤ法を用いることが好ましい。このようにすると、エレクトレットの耐湿性を確実に高くすることができる。
【００７３】
ところで、以上に述べた、本発明の各実施形態でエレクトレットとして用いているシリコン酸化膜１は、大気中の水分の吸着等が顕著な材料であるため、エレクトレット化しているシリコン酸化膜１が大気中に露出することは、ＥＣＭの経時的信頼性を低下させてしまう。
【００７４】
それに対して、本発明の各実施形態によれば、シリコン酸化膜１を例えば耐湿性のあるシリコン窒化膜からなる絶縁膜２及び３によって覆うことによって、エレクトレットの耐湿性ひいてはエレクトレットの電荷保持能力を向上させることができる。
【００７５】
また、シリコン酸化膜１又はそれを覆う絶縁膜２の上端部の形状を丸くすることによって、当該上端部における電界集中に起因する放電を防止できると共に絶縁膜２のステップカバレッジ及び膜質安定性を向上させることができる。従って、ＥＣＭの経時的信頼性を向上させることが可能になる。
【００７６】
また、永久電荷を持つエレクトレットとして本発明の各実施形態のシリコン酸化膜１を用いたエレクトレットコンデンサーをＭＥＭＳ技術により製作することにより、チャージ供給回路が不要で小型且つ高性能なＥＣＭを実現することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、エレクトレット構造及びその形成方法に関し、振動膜を用いたエレクトレットコンデンサーにおけるエレクトレットに適用した場合には、エレクトレットの耐湿性及び電荷保持能力を向上させることができ、信頼性に優れた高性能且つ小型のＥＣＭを実現する上で非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１（ａ）は、本発明の各実施形態のエレクトレット構造を有するＥＣＭの平面図であり、図１（ｂ）は当該ＥＣＭの断面図である。
【図２】図１（ａ）及び（ｂ）に示すＥＣＭの回路ブロック図である。
【図３】図３は、本発明の各実施形態のエレクトレット構造を用いたエレクトレットコンデンサーの断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係るエレクトレット構造の断面図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１及び４の実施形態に係るエレクトレット構造に貫通孔を形成した場合における当該エレクトレット構造の垂直面形状及び水平面形状をそれぞれ示す図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第２の実施形態に係るエレクトレット構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施形態に係るエレクトレット構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施形態に係るエレクトレット構造の断面図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第５の実施形態に係るエレクトレット構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１    シリコン酸化膜
２    絶縁膜（シリコン窒化膜)
３    絶縁膜（シリコン窒化膜)
４    半導体基板
５    絶縁膜
８    導電膜
９    音孔
１０    導電膜
１１    振動膜
１２    貫通孔
１７    マイク部
１８    ＳＭＤ
１９    ＦＥＴ
２０    プリント基板
２１    ケース
２２    内部回路
２３    出力端子
２４    出力端子
２５    外部端子
２６    外部端子
２７    端子
２８    端子
２９    端子
３１    第２のシリコン酸化膜
３１Ａ  サイドウォール
３４    レジスト膜
３５    絶縁膜（シリコン窒化膜)
３５Ａ  サイドウォール
３６    シリコン酸化膜１の角部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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